CN211040854U - 一种采用循环荧光液的高功率密度发光装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种采用循环荧光液的高功率密度发光装置，包括发光腔、循环管道、LED发光模块和动力泵，循环管道的两端分别连接发光腔的两端，动力泵设于循环管道中，循环管道和发光腔中填充有流动的荧光液，其特征在于，发光装置还包括散热器，循环管道与散热器接触，LED发光模块贴设于散热器上，且出光面贴在发光腔外表面上。与现有技术相比，本实用新型采用发光腔和LED发光模块独立的设计，避免荧光液与芯片接触避免了荧光液对芯片的破坏，以及荧光液温度过高时导致的芯片报废问题，荧光液的选择更加多样，结合散热装置，也可以实现荧光液和LED发光模块共用散热器，从而有利于在提高散热的同时也缩小元器件的体积。
Description
技术领域
本实用新型涉及半导体照明技术领域，尤其是涉及一种采用循环荧光液的高功率密度发光装置。
背景技术
由于荧光粉的光谱半宽远大于发光二极管(LED)芯片的光谱半宽，因此白光LED器件、光源和装置基本上都是采用蓝光LED芯片加黄光(或红橙光)荧光粉的方式来实现的。近年来，随着对白光性能品质的要求不断提高，紫外LED激发红黄蓝三基色荧光粉或更多基色荧光粉的技术也得到了越来越多的关注，它可以提高白光的显色性与寿命期间的稳定性。
当前LED发光装置最常用的封装方式，是采用点胶等方式直接将荧光粉涂抹到芯片表面。由于荧光粉与芯片近距离接触，因此荧光粉会受到LED芯片结温影响而发生热猝灭现象，从而最终影响LED器件的光效、色品质和使用寿命等重要参数。
随着近年来半导体封装技术的发展，LED在照明领域的应用越来越广泛，不仅逐渐替代了传统光源在家居、工厂、商场、道路等普通照明领域的市场，而且不断地开拓在特种领域的应用。LED发光装置的功率密度也在不断提升。目前用于紫外光固化生产领域的紫外LED光源模块，其输入功率密度可以达到200W/cm2以上。采用该种光源模块配合荧光粉，可以制备出体积小、亮度高的白光光源，可用于诸如太阳模拟器等应用中。然而如此高功率密度的LED光源，势必会带来大量的热量，从而进一步加剧荧光粉的热积聚效应。Schneider等人制备的高功率密度白光LED装置，采用457nm蓝光模块激发远程荧光板。蓝光模块由98颗LED密集排布串联封装，发光面积2.11cm2，工作电流可调，最大电流3A，最高输入功率密度595W/cm2。当光源模块的工作电流为0.251A，功率74.7W，输入功率密度为35.4W/cm2时，其荧光板中心位置的温度达到了200℃以上，边沿位置温度为60℃。如此大的温度差异将产生很大的热应力，导致荧光板破裂，影响寿命和性能。因此，在高功率密度LED发光装置中，有必要对荧光材料进行散热，以保证整体器件的性能稳定。
例如中国专利CN208138889U公开了一种荧光液体激光发光装置，其特征在于：其包括主腔体、搅拌泵、透镜、线路板、LED激发发光光源以及液体荧光材料；主腔体包括基座，基座顶部固定设置有开口向上的圆柱形腔体，腔体顶部密封粘接透镜，腔体侧面相对两端开设有液体入口和液体出口，液体入口和液体出口分别与荧光液导管两端相连，荧光液导管上连接搅拌泵，搅拌泵上设置有荧光液注入口；线路板通过线路板支撑柱固定设置在位于圆柱形腔体内部的基座顶部，线路板顶部固定焊接各LED激发发光光源，并与之导通；液体荧光材料填充在圆柱形腔体和荧光液导管内部。然而，上述荧光液体激光发光装置仍然存在以下缺陷：1、散热能力不足，对于LED的功率密度的提升有限，当发明人进行100W/cm2的测试时，仍然遇到了使用寿命短，并且在使用数小时后，亮度就发生了明显的下降，无法满足注入太阳模拟器等应用，2、单纯的搅拌泵的控制方式单一，只能按照指定的功率输出，因此只能依赖注入荧光液和放出多余的荧光液调整工作的温度区间，而这种方式无法实现不停机调节，所以应用的场景十分单一；3、荧光液会与芯片接触，因此荧光液温度过高以后会导致对芯片造成破坏，从而导致一次故障就使得整个发光装置报废，此外，对于荧光液的品种的选择也有限制，一些对电路板有影响但是性能更好的荧光液无法得到应用。
实用新型内容
本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种采用循环荧光液的高功率密度发光装置。
本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种采用循环荧光液的高功率密度发光装置，包括发光腔、循环管道、LED发光模块和动力泵，所述循环管道的两端分别连接发光腔的两端，所述动力泵设于循环管道中，所述循环管道和发光腔中填充有流动的荧光液，其特征在于，所述发光装置还包括散热器，所述循环管道与所述散热器接触，所述LED发光模块贴设于所述散热器上，且出光面贴在发光腔外表面上。
所述动力泵为变频泵。
所述散热器为鳍片式热沉。
所述发光装置还包括水冷模块，该水冷模块与散热器热连接。
所述LED发光模块为紫外LED发光模块。
所述LED发光模块包括基板、反射腔和LED芯片，所述反射腔的两端分别连接基板和发光腔，所述LED芯片设于基板上，并位于反射腔中。
所述LED芯片共设有三个。
所述发光腔为石英发光腔，所述循环管道包括铜管、第一硅胶管、第二硅胶管、第一石英管和第二石英管，所述第一石英管和第二石英管的一端分别连接发光腔的两端，另一端分别通过接头与第一硅胶管和第二硅胶管的一端对应连接，所述第一硅胶管的另一端通过动力泵与铜管的一端连接，所述第二硅胶管的另一端与铜管的另一端连接，所述铜管与散热器热连接。
所述发光腔的出口处设有温度传感器。
所述荧光液为在基液中混入荧光粉、气相SiO2以及表面活化剂制得，其中，所述基液为有机溶剂、无极溶剂或者混合溶剂。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
1)采用发光腔和LED发光模块独立的设计，避免荧光液与芯片接触避免了荧光液对芯片的破坏，以及荧光液温度过高时导致的芯片报废问题，荧光液的选择更加多样，结合散热装置，也可以实现荧光液和LED发光模块共用散热器，从而有利于在提高散热的同时也缩小元器件的体积。
2)动力泵为变频泵，结合温度传感器，可以根据荧光液的即时温度调节转速，进而调节流速，控制荧光液的温度在合适的范围内，确保位于发光腔内的荧光液可以稳定工作在合适的温度范围，从而提高了高功率密度发光装置的光色品质、延长发光装置的使用寿命。
3)基液为有机溶剂、无极溶剂或者混合溶剂，在基液中混入荧光粉、气相SiO2以及表面活化剂制得的荧光液，使得荧光粉可以浮于液体中并且避免凝聚成团，增加出光得均匀性以及出光量。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
其中：1、发光腔，2、LED发光模块，3、鳍片式热沉，4、第一石英管，5、第二硅胶管，6、动力泵，7、铜管，8、接头，9、荧光液，10、温度传感器，11、LED芯，12、基板，13、反射腔，14、第一硅胶管，15、第二石英管。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实施例以本实用新型技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。
一种采用循环荧光液的高功率密度发光装置，如图1所示，包括发光腔1、循环管道、LED发光模块2和动力泵6，循环管道的两端分别连接发光腔1的两端，动力泵6设于循环管道中，循环管道和发光腔1中填充有流动的荧光液9，其特征在于，发光装置还包括散热器，循环管道与散热器接触，LED发光模块贴设于散热器上，且出光面贴在发光腔1外表面上。
荧光液9在循环管道内流动，并与光源模块共用一个散热装置来进行降温，从而解决高功率密度光源装置中荧光层因吸收高强度光能而过热的问题，同时也缩小元器件的体积。
采用发光腔和LED发光模块独立的设计，避免荧光液与芯片接触避免了荧光液对芯片的破坏，以及荧光液温度过高时导致的芯片报废问题，荧光液的选择更加多样。
动力泵6可以是蠕动泵，也可以是离心泵，但需要是为变频泵，结合温度传感器，可以根据荧光液的即时温度调节转速，进而调节流速，控制荧光液的温度在合适的范围内，确保位于发光腔内的荧光液可以稳定工作在合适的温度范围，确保荧光液的温度保持在30℃，从而提高了高功率密度发光装置的光色品质、延长发光装置的使用寿命。
散热器为鳍片式热沉3，在本申请的另一个实施例中，发光装置还包括水冷模块，该水冷模块与散热器热连接。
LED发光模块2为紫外LED发光模块，紫外LED功率密度达到100W/cm2以上，LED发光模块2包括基板12、反射腔13和LED芯片11，反射腔13的两端分别连接基板12和发光腔1，LED芯片11设于基板12上，并位于反射腔13中，基板12为铜基板，LED芯片11共设有三个，尺寸为2.8×2.8mm2、额定功率10W。
发光腔1为石英发光腔，循环管道采用导热材料制成，可以采用单种材料，也可以由不同材料的多段管道组合而成，要兼顾与发光腔和动力泵的匹配封装，还要能够与散热装置实现充分的热交换，因此优先的，循环管道包括铜管7、第一硅胶管14、第二硅胶管5、第一石英管4和第二石英管15，第一石英管4和第二石英管15的一端分别连接发光腔1的两端，另一端分别通过接头8与第一硅胶管14和第二硅胶管5的一端对应连接，第一硅胶管14的另一端通过动力泵6与铜管7的一端连接，第二硅胶管5的另一端与铜管7的另一端连接，铜管7与散热器热连接。
荧光液为在基液中混入荧光粉、气相SiO2以及表面活化剂制得，其中，基液为有机溶剂、无极溶剂或者混合溶剂，使得荧光粉可以浮于液体中并且避免凝聚成团，增加出光得均匀性以及出光量。优选的，荧光液由三基色荧光粉按比例溶于硅油得到。
Claims (10)
1.一种采用循环荧光液的高功率密度发光装置，包括发光腔(1)、循环管道、LED发光模块(2)和动力泵(6)，所述循环管道的两端分别连接发光腔(1)的两端，所述动力泵(6)设于循环管道中，所述循环管道和发光腔(1)中填充有流动的荧光液(9)，其特征在于，所述发光装置还包括散热器，所述循环管道与所述散热器接触，所述LED发光模块贴设于所述散热器上，且出光面贴在发光腔(1)外表面上。
2.根据权利要求1所述的一种采用循环荧光液的高功率密度发光装置，其特征在于，所述动力泵(6)为变频泵。
3.根据权利要求1所述的一种采用循环荧光液的高功率密度发光装置，其特征在于，所述散热器为鳍片式热沉(3)。
4.根据权利要求1所述的一种采用循环荧光液的高功率密度发光装置，其特征在于，所述发光装置还包括水冷模块，该水冷模块与散热器热连接。
5.根据权利要求1所述的一种采用循环荧光液的高功率密度发光装置，其特征在于，所述LED发光模块(2)为紫外LED发光模块。
6.根据权利要求1或5所述的一种采用循环荧光液的高功率密度发光装置，其特征在于，所述LED发光模块(2)包括基板(12)、反射腔(13)和LED芯片(11)，所述反射腔(13)的两端分别连接基板(12)和发光腔(1)，所述LED芯片(11)设于基板(12)上，并位于反射腔(13)中。
7.根据权利要求6所述的一种采用循环荧光液的高功率密度发光装置，其特征在于，所述LED芯片(11)共设有三个。
8.根据权利要求1所述的一种采用循环荧光液的高功率密度发光装置，其特征在于，所述发光腔(1)为石英发光腔，所述循环管道包括铜管(7)、第一硅胶管(14)、第二硅胶管(5)、第一石英管(4)和第二石英管(15)，所述第一石英管(4)和第二石英管(15)的一端分别连接发光腔(1)的两端，另一端分别通过接头(8)与第一硅胶管(14)和第二硅胶管(5)的一端对应连接，所述第一硅胶管(14)的另一端通过动力泵(6)与铜管(7)的一端连接，所述第二硅胶管(5)的另一端与铜管(7)的另一端连接，所述铜管(7)与散热器热连接。
9.根据权利要求1所述的一种采用循环荧光液的高功率密度发光装置，其特征在于，所述发光腔(1)的出口处设有温度传感器(10)。
10.根据权利要求1所述的一种采用循环荧光液的高功率密度发光装置，其特征在于，所述荧光液为在基液中混入荧光粉、气相SiO2以及表面活化剂制得，其中，所述基液为有机溶剂、无极溶剂或者混合溶剂。
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| CN201922232700.4U CN211040854U (zh) | 2019-12-13 | 2019-12-13 | 一种采用循环荧光液的高功率密度发光装置 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110985999A (zh) * | 2019-12-13 | 2020-04-10 | 复旦大学 | 一种采用循环荧光液的高功率密度发光装置 |
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2019
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